IT201900018581A1

IT201900018581A1 - Macchina da caffe’

Info

Publication number: IT201900018581A1
Application number: IT102019000018581A
Authority: IT
Inventors: Claudio Enrico Cingolani; Mauro Parrini
Original assignee: Simonelli Group Spa
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2019-10-11
Publication date: 2021-04-11
Also published as: AU2020244413A1; KR20210044157A; CN112641331B; CN112641331A; EP3804580B1; US20210106168A1; EP3804580A1; CA3094626A1

Description

MACCHINA DA CAFFE’

La presente invenzione si riferisce a una macchina per l’erogazione di caffè o macchina da caffè, per esempio una macchina da caffè espresso.

Come è noto, le macchine da caffè comprendono una pluralità di componenti e dispositivi di tipo idraulico, elettrico, elettro-meccanico ed elettronico che sono soggetti a usura e guasti, per esempio pompe, miscelatori, erogatori, valvole, teleruttori e così via.

I componenti e i dispositivi danneggiati o usurati devono necessariamente essere sostituiti per assicurare il corretto funzionamento della macchina da caffè. Per effettuare queste operazioni di manutenzione è necessario arrestare il funzionamento della macchina che, quindi, rimane improduttiva per un certo periodo di tempo.

Per minimizzare l’impatto negativo della manutenzione sulla produttività delle macchine da caffè, è noto programmare interventi di manutenzione preventiva in periodi predeterminati, per esempio ogni tre o sei mesi dalla messa in esercizio delle macchine, oppure dopo un certo numero di caffè erogati. In questi interventi di manutenzione preventiva programmati i componenti soggetti a usura e a potenziali danneggiamenti vengono sostituiti a prescindere del loro reale stato funzionale.

La manutenzione preventiva permette di limitare i costi delle perdite di funzionalità a seguito dei guasti, di programmare meglio l’utilizzo degli operatori addetti, di organizzare il magazzino ricambi e di ridurre i tempi di fermo macchina. Tuttavia, la manutenzione preventiva può portare a interventi non necessari sacrificando una parte della vita utile del componente. Inoltre, per motivi di tempo e denaro, la manutenzione preventiva non può riguardare tutti i componenti della macchina da caffè ed infatti i componenti meno a rischio vengono esclusi dalle sostituzioni periodiche. Una potenziale soluzione a questi inconvenienti è rappresentata dalla cosiddetta manutenzione predittiva secondo la quale gli interventi di manutenzione vengono programmati sulla base dell’analisi dei dati sullo stato funzionale dei diversi componenti e dispositivi. In particolare, i programmi di manutenzione predittiva consentono di prevedere eventuali guasti o disservizi correlando i dati sullo stato funzionale corrente dei componenti di una macchina con modelli matematici che rappresentano la vita utile dei componenti stessi, ove tali modelli matematici sono il frutto dell’analisi di dati storici rilevati su un grande numero di macchine campione.

La manutenzione predittiva comporta, quindi, una ottimizzazione del servizio di manutenzione, una riduzione dei costi di manutenzione, un miglioramento dell’affidabilità delle macchine, una riduzione dei tempi di inattività della macchina nonché la determinazione automatica della causa principale di guasto.

Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti sopra menzionati e in particolare quello di ideare una macchina da caffè che consenta l’implementazione della manutenzione predittiva.

Questo e altri scopi secondo la presente invenzione sono raggiunti realizzando una macchina da caffè come esposto nella rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche della macchina da caffè sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche e i vantaggi di una macchina da caffè secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

- la figura 1 è uno schema idraulico di una macchina da caffè;

- le figure 2a, 2b e 2c sono tre schemi a blocchi relativi a tre forme di realizzazione alternative di una macchina da caffè secondo la presente invenzione collegata a un server remoto mediante una rete di telecomunicazioni 50.

Con riferimento alle figure, viene mostrato una macchina da caffè, complessivamente indicata con 10. Tale macchina da caffè 10 comprende un corpo principale che comprende un circuito per l’erogazione di caffè. Il circuito per l’erogazione di caffè presenta un ingresso idraulicamente collegabile a una linea di alimentazione di acqua per esempio mediante un rubinetto 101. La linea di alimentazione può essere collegata idraulicamente ad una vaschetta contenente acqua oppure può essere una parte terminale dell’impianto di distribuzione idraulica del locale ove è ubicata la macchina da caffè 10. Il circuito per l’erogazione di caffè comprende, inoltre, una pompa 102 a valle del rubinetto atta a mettere in pressione l’acqua proveniente dalla linea di alimentazione, per esempio a una pressione compresa tra 1 e 15 bar, e mandarla attraverso un condotto di mandata 103 fino a una prima caldaia 104 anche detta “caldaia caffè”. La caldaia caffè 105 è, quindi, idraulicamente associata direttamente o indirettamente alla pompa 102.

La caldaia caffè 104 è parzialmente riempita con acqua ed è dotata di almeno un primo elemento elettrico riscaldante 105, per esempio una resistenza, atto a riscaldare l’acqua contenuta nella caldaia caffè 104. La caldaia caffè 104 può essere provvista anche di un termostato oppure di una sonda di temperatura al fine di controllare la temperatura dell’acqua in modo tale che quest’ultima raggiunga sostanzialmente una prima temperatura predeterminata, per esempio 90°C. Il circuito per l’erogazione di caffè comprende, inoltre, almeno un tubo di estrazione 106 che pesca nella caldaia caffè 104 per estrarre l’acqua in pressione riscaldata e portarla fino ad un rispettivo gruppo di erogazione. Ciascun gruppo di erogazione è, quindi, associato idraulicamente alla caldaia caffè 104. Ciascun gruppo di erogazione comprende un diffusore 107 provvisto di una doccetta 108 da cui fuoriesce l’acqua. L’erogazione dell’acqua attraverso il gruppo di erogazione è controllata mediante una prima elettrovalvola 109. La doccetta 108 è meccanicamente accoppiata ad un portafiltro con un filtro ove può essere alloggiato il caffè per l’estrazione.

Ciascun gruppo di erogazione può comprendere anche almeno un secondo elemento elettrico riscaldante 110, per esempio una resistenza, atto a riscaldare il diffusore 107 in modo tale da mantenere la sua temperatura sostanzialmente costante e pari alla suddetta prima temperatura predeterminata.

Il corpo principale della macchina da caffè 10 può comprendere anche un circuito per l’erogazione di vapore e/o di acqua riscaldata.

Per acqua riscaldata si intende acqua ad una temperatura idonea per le bevande calde, per esempio compresa tra 70°C e 100°C, comunque maggiore rispetto a quella dell’acqua proveniente dalla linea di alimentazione di acqua.

Tale circuito per l’erogazione di vapore e/o di acqua riscaldata comprende una seconda caldaia 201, anche detta “caldaia vapore”, idraulicamente associata direttamente o indirettamente alla pompa 102. La caldaia vapore 201 è parzialmente riempita con acqua mantenuta a una temperatura più elevata rispetto a quella proveniente dalla linea di alimentazione, per esempio compresa tra 85 °C e 120 °C. La caldaia vapore 201 può essere provvista di una sonda di livello 202 per la rilevazione del livello di acqua e di almeno un terzo elemento elettrico riscaldante 203, per esempio una resistenza, atto a riscaldare l’acqua presente nella caldaia. La pressione e/o la temperatura della caldaia vapore 201 può essere regolata da un pressostato 204, oppure da una sonda di temperatura oppure da una sonda di pressione. La regolazione della pressione e/o della temperatura della caldaia vapore 101 è effettuata in modo tale che almeno una parte del volume di acqua contenuto nella caldaia vapore 201 evapori.

La caldaia vapore 201 è idraulicamente collegata a uno o più condotti per l’erogazione di vapore 205 che terminano con rispettive lance. L’erogazione del vapore acqueo attraverso tali lance è controllata mediante rispettive seconde elettrovalvole 206.

E’ inoltre, prevista la presenza di uno o più condotti per l’erogazione di acqua riscaldata 207 che pescano nella parte inferiore della caldaia vapore 201 e terminano con rispettive lance. I condotti per l’erogazione di acqua riscaldata 207 sono inoltre idraulicamente collegati al condotto di mandata 103 della pompa 102 in modo tale da poter miscelare l’acqua proveniente dalla linea di alimentazione con quella proveniente dalla caldaia vapore 201. La suddetta miscelazione e la conseguente erogazione dell’acqua riscaldata è controllata da terze elettrovalvole 208. Inoltre, la caldaia vapore 201 è idraulicamente collegata al condotto di mandata 103 della pompa 102 in modo tale da poter riempire la caldaia vapore 201 quando il livello dell’acqua scende al di sotto di una soglia predeterminata. Tale collegamento è controllato da una quarta elettrovalvola 209.

L’alimentazione elettrica di ciascuno dei suddetti elementi elettrici riscaldante 105, 110, 203 è controllata mediante un rispettivo interruttore (non illustrato), per esempio un relè. In particolare, tali interruttori sono collegati ad un dispositivo interruttore di potenza 60, per esempio un teleruttore, configurato per consentire o impedire il passaggio di potenza elettrica verso gli interruttori e quindi verso gli elementi elettrici riscaldanti 105, 110, 203. Tale dispositivo interruttore di potenza 60 è controllato da un’unità di elaborazione e controllo centrale 20 che ne comanda la chiusura o l’apertura. In una forma di realizzazione, il circuito per l’erogazione di caffè comprende anche uno scambiatore di calore 120 passante attraverso la caldaia vapore 201 e idraulicamente collegato da una parte al condotto di mandata 103 della pompa 102 e dall’altra alla caldaia caffè 104. In tal caso, l’acqua proveniente dalla linea di alimentazione subisce un preriscaldamento quando attraversa lo scambiatore di calore 120 per effetto dello scambio termico con l’acqua più calda presente nella caldaia vapore 201. In questo modo, la differenza termica tra l’acqua che accede alla caldaia caffè 104 e quella già contenuta in tale caldaia viene ridotta consentendo un risparmio energetico per il mantenimento della temperatura nella caldaia caffè 104.

Tra lo scambiatore di calore 120 e il condotto di mandata 103 può essere previsto un dosatore volumetrico 111.

Il circuito per l’erogazione di caffè e il circuito per l’erogazione di vapore e/o di acqua riscaldata non verranno ulteriormente descritti essendo di per sé noti.

La macchina da caffè 10 comprende l’unità di elaborazione e controllo centrale 20 configurata per controllare il circuito per l’erogazione di caffè e il circuito per l’erogazione di vapore e/o acqua riscaldata e un display 21 associato a tale unità di elaborazione e controllo centrale 20.

Il display 21 è provvisto di una unità di elaborazione e controllo dedicata 23 collegata all’unità di elaborazione e controllo centrale 20, può essere di tipo touch-screen e/o essere associato a una pulsantiera.

Il display 21 è atto a visualizzare informazioni sullo stato della macchina da caffè nonché a consentire ad un operatore di impostare predeterminati programmi di funzionamento della macchina da caffè.

La macchina da caffè comprende, inoltre, una interfaccia di comunicazione o gateway 22, per esempio un router, che può essere collegata all’unità di elaborazione e controllo centrale 20, e/o all’unità di elaborazione e controllo dedicata 23.

L’interfaccia di comunicazione 22 è configurata per collegarsi a una rete di telecomunicazioni 50, per esempio internet, e ad uno o più server remoti 30 mediante detta rete di telecomunicazioni 50. L’interfaccia di comunicazione 22 può essere dotata di una o più porte di comunicazioni per il collegamento cablato alla rete di telecomunicazioni 50 oppure di una antenna per il collegamento di tipo wireless alla rete di telecomunicazioni 50.

Secondo la presente invenzione la macchina da caffè 10 comprende:

- un sistema di sensori per la rilevazione di parametri correlati ad eventuali anomalie di funzionamento o guasti della macchina da caffè 10 posizionati all’interno del corpo principale;

- una unità di elaborazione periferica 40 collegata almeno al sistema di sensori e configurata per effettuare una prima elaborazione locale dei dati rilevati dai sensori e inviare i dati elaborati localmente ai server remoti 30 mediante l’interfaccia di comunicazione 22.Preferibilmente, l’unità di elaborazione periferica 40 è direttamente collegata all’interfaccia di comunicazione 22 così da poter inviare direttamente i dati elaborati localmente a tale interfaccia di comunicazione 22 che è poi deputata alla trasmissione verso i server remoti 30.

In alternativa, l’unità di elaborazione periferica 40 è direttamente collegata all’unità di elaborazione e controllo centrale 20; in questo caso, l’unità di elaborazione periferica 40 invia i dati elaborati localmente all’unità di elaborazione e controllo centrale 20 che poi li invia all’interfaccia di comunicazione 22 mediante collegamento diretto oppure mediante l’unità di elaborazione e controllo dedicata 23.

Secondo una ulteriore alternativa, l’unità di elaborazione periferica 40 è direttamente collegata all’unità di elaborazione e controllo dedicata 23 del display 21; in questo caso, l’unità di elaborazione periferica 40 invia i dati elaborati localmente all’unità di elaborazione e controllo dedicata 23 del display 21 che poi li invia all’interfaccia di comunicazione 22 mediante collegamento diretto oppure mediante l’unità di elaborazione e controllo centrale 20.

Il sistema di sensori comprende uno o più microfoni 12 e/o uno o più sensori di vibrazioni 13.

Vantaggiosamente, i microfoni 12 sono omnidirezionali e sono disposti all’interno del corpo principale.

Preferibilmente, almeno uno di detti microfoni 12 è sensibile alle frequenze del suono udibile per esempio comprese tra 20 Hz e 20 KHz.

Preferibilmente, almeno uno di detti microfoni 12 è sensibile alle frequenze degli ultrasuoni, per esempio maggiori di 20 KHz.

Per esempio, i microfoni 12 sono in grado di rilevare una anomalia o un guasto di una delle caldaie 104, 201 o di uno degli interruttori o del dispositivo interruttore di potenza 60. Ciascuno di questi componenti, infatti, in seguito a una anomalia o ad un guasto emette un suono in un intervallo di frequenze predeterminato.

Vantaggiosamente, i sensori di vibrazione 13 sono posizionati su almeno un componente appartenente al gruppo di componenti che comprende gli interruttori di controllo dell’alimentazione elettrica degli elementi riscaldanti 105, 110, 203, le elettrovalvole 109, 206, 208, 209 e la pompa 102.

Per semplicità di illustrazione i sensori di vibrazione 13 sono mostrati nelle figure 2a-2c applicati al dispositivo interruttore di potenza 60, potendo in altre forme di realizzazione essere applicati a uno o più dei componenti sopra citati. In questo modo, i sensori di vibrazione 13 sono in grado di rilevare una anomalia o un guasto del componente su cui sono posizionati. Ciascuno di questi componenti, infatti, in seguito a una anomalia o ad un guasto vibra in un intervallo di frequenze predeterminato.

Preferibilmente almeno uno di detti sensori di vibrazione 13 è un accelerometro.

Preferibilmente almeno uno di detti sensori di vibrazione 13 è un giroscopio.

Preferibilmente il sistema di sensori comprende uno o più sensori di temperatura 14 e/o uno o più sensori di umidità 15.

Vantaggiosamente i sensori di temperatura 14 e i sensori di umidità 15 sono disposti all’interno del corpo principale.

I sensori di temperatura 14 e i sensori di umidità 15 sono in grado di rilevare sbalzi di temperatura e umidità che possono essere legati all’anomalia o al guasto di una delle caldaie 104, 201 o di un altro componente.

La prima elaborazione locale effettuata dall’unità di elaborazione periferica 40 è finalizzata a ridurre la quantità di dati da inviare ai server remoti. Ci sono, infatti, alcune grandezze che variano molto velocemente nel tempo e che determinano una enorme quantità di dati rilevati il cui invio completo ai server remoti risulterebbe lento e richiederebbe risorse hardware molto costose. Per esempio, la prima elaborazione può consistere nel calcolare in intervalli di tempo predeterminati successivi almeno uno dei seguenti valori: valore massimo, valore minimo, valor medio, varianza dei dati rilevati. La prima elaborazione può essere anche più complessa, prevedendo l’attuazione di modelli ad autoapprendimento.

I server remoti 30 sono programmati per elaborare secondo modelli predittivi preimpostati i dati elaborati localmente ricevuti dall’interfaccia di comunicazione 22 della macchina da caffè al fine di fornire indicazioni sulla probabilità di guasto o anomalia dei componenti monitorati mediante il sistema di sensori. Tali server remoti 30 sono altresì programmati per aggiornare i modelli predittivi preimpostati sulla base dei dati ricevuti da una o più macchine da caffè 10.

I modelli predittivi vengono implementati mediante algoritmi già noti allo stato della tecnica.

Dalla descrizione effettuata sono chiare le caratteristiche della macchina da caffè oggetto della presente invenzione, così come sono chiari i relativi vantaggi.

La macchina da caffè secondo la presente invenzione, infatti, consente di raccogliere una pluralità di dati rilevati relativi al funzionamento dei componenti meccanici, idraulici, elettromeccanici, elettrici ed elettronici che fanno parte dei circuiti per l’erogazione del caffè, del vapore e dell’acqua riscaldata. Tali dati rilevati possono poi essere correlati a eventi di guasto o anomalia mediante elaborazione numerica basata su modelli predittivi che permettono di attuare protocolli di manutenzione predittiva. In particolare l’elaborazione numerica basata su modelli predittivi fornisce dati relativi alle probabilità di guasto di un determinato componente entro un predeterminato intervallo temporale, per esempio la probabilità che si verifichi un guasto al teleruttore entro 200 ore.

Il sistema di sensori impiegati nella macchina da caffè effettuano rilevazioni di tipo ambientale (microfoni, sensori di temperatura, sensori di umidità) e rilevazioni sui singoli componenti soggetti a usura (sensori di vibrazione); ciò consente di raccogliere dati di monitoraggio il più possibile completi ed esaustivi.

La presenza dell’unità di elaborazione periferica, poi, consente di effettuare una prima elaborazione locale dei dati rilevati che permette di rendere più rapida e semplice la successiva elaborazione secondo i suddetti modelli predittivi.

È chiaro, infine, che la macchina da caffè così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’invenzione; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Macchina da caffè (10) comprendente un corpo principale che comprende: - un circuito per l’erogazione di caffè che presenta un ingresso idraulicamente collegabile ad una linea di alimentazione di acqua e comprende: - una pompa (102) atta a mettere in pressione l’acqua proveniente dalla linea di alimentazione; - una prima caldaia (104) idraulicamente associata direttamente o indirettamente a detta pompa (104) e comprendente almeno un primo elemento elettrico riscaldante (105); - almeno un gruppo di erogazione (107, 108) idraulicamente associato a detta prima caldaia (104), controllato da una rispettiva prima elettrovalvola (109); - un dispositivo interruttore di potenza (60) configurato per consentire o impedire il passaggio di potenza elettrica verso detto almeno un primo elemento elettrico riscaldante (105); - una unità di elaborazione e controllo centrale (20) configurata per controllare almeno detto circuito per l’erogazione di caffè; - una interfaccia di comunicazione (22) collegata a detta unità di elaborazione e controllo centrale (20) e configurata per collegarsi ad una rete di telecomunicazioni (50); - un sistema di sensori per la rilevazione di parametri correlati ad eventuali anomalie di funzionamento o guasti di detta macchina da caffè (10) posizionati all’interno di detto corpo principale; - una unità di elaborazione periferica (40) collegata almeno al sistema di sensori e configurata per effettuare una prima elaborazione locale dei dati rilevati dai sensori (12, 13) e inviare i dati elaborati localmente a uno o più server remoti (30) mediante l’interfaccia di comunicazione (22).
2) Macchina da caffè (10) secondo la rivendicazione 1 in cui almeno un gruppo di erogazione (107, 108) comprende almeno un secondo elemento elettrico riscaldante (110), detto dispositivo interruttore di potenza (60) essendo configurato per consentire o impedire il passaggio di potenza elettrica anche verso detto almeno un secondo elemento elettrico riscaldante (203).
3) Macchina da caffè (10) secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui detto corpo principale comprende un circuito per l’erogazione di vapore e/o acqua riscaldata comprendente: - una seconda caldaia (201) idraulicamente collegata a detta pompa (102) ove detto collegamento è controllato mediante una quarta elettrovalvola (209), detta seconda caldaia (201) comprendendo almeno un terzo elemento elettrico riscaldante (203); - uno o più condotti per l’erogazione di vapore (205) idraulicamente collegati a detta seconda caldaia (201) ove l’erogazione di vapore è controllato mediante rispettive seconde elettrovalvole (206); - uno o più condotti per l’erogazione di acqua riscaldata (207) idraulicamente collegati a detta seconda caldaia (203) e a detta pompa (102) in modo tale da poter miscelare l’acqua proveniente da detta seconda caldaia (203) con l’acqua proveniente dalla linea di alimentazione, l’erogazione di acqua riscaldata essendo controllato mediante rispettive terze elettrovalvole (206), detto dispositivo interruttore di potenza (60) essendo configurato per consentire o impedire il passaggio di potenza elettrica anche verso detto almeno un terzo elemento elettrico riscaldante (203).
4) Macchina da caffè (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui detto sistema di sensori comprende uno o più microfoni (12) omnidirezionali disposti all’interno del corpo principale.
5) Macchina da caffè (10) secondo la rivendicazione 4 in cui almeno uno di detti microfoni (12) è sensibile alle frequenze del suono udibile.
6) Macchina da caffè (10) secondo la rivendicazione 4 o 5 in cui almeno uno di detti microfoni (12) è sensibile alle frequenze degli ultrasuoni.
7) Macchina da caffè (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui detto sistema di sensori comprende uno o più sensori di vibrazioni (13) posizionati su almeno un componente appartenente al gruppo di componenti che comprende detto dispositivo interruttore di potenza (60), dette elettrovalvole (109, 206, 208, 209) e detta pompa (102).
8) Macchina da caffè (10) secondo la rivendicazione 7 in cui almeno uno di detti sensori di vibrazione (13) è un accelerometro.
9) Macchina da caffè (10) secondo la rivendicazione 7 o 8 in cui almeno uno di detti sensori di vibrazione (13) è un giroscopio.
10) Macchina da caffè (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui detto sistema di sensori comprende uno o più sensori di temperatura (14) e/o uno o più sensori di umidità (15) disposti all’interno di detto corpo principale.
11) Macchina da caffè (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti comprendente un display (21) provvisto di una unità di elaborazione e controllo dedicata (23) collegata a detta unità di elaborazione e controllo centrale (20), detta interfaccia di comunicazione (22) essendo collegata a detta unità di elaborazione e controllo centrale (20) e/o a detta unità di elaborazione e controllo dedicata (23).
12) Macchina da caffè (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui detta unità di elaborazione periferica (40) è collegata direttamente a detta interfaccia di comunicazione (22).
13) Macchina da caffè (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui detta unità di elaborazione periferica (40) è collegata direttamente a detta unità di elaborazione e controllo centrale (20).
14) Macchina da caffè (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui detta unità di elaborazione periferica (40) è collegata direttamente a detta unità di elaborazione e controllo dedicata (23).